ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΥΛΙΚΑ & ΣΧΕΔΙΑΣΗ

Transcript

1 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΥΛΙΚΑ & ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2ο ΑΝΤΙΣΤΑΣΕΙΣ

2 Θερμική ενέργεια Q και Ισχύς Ρ Όταν μια αντίσταση R διαρρέεται από ρεύμα Ι για χρόνο t, τότε παράγεται θερμική ενέργεια Q. Για το συνεχές ρεύμα η ισχύς Ρ δίνεται από τους τύπους: Η θερμική ενέργεια και η ισχύς συνδέονται με τον τύπο:

3 Επιλογή ισχύος μιας αντίστασης Πρέπει να επιλέγουμε αντιστάσεις με περίπου διπλάσια ισχύ από αυτή που υπολογίσαμε, διότι η καταναλισκόμενη ισχύς σε μια αντίσταση εξαρτάται: Από τη θερμοκρασία στο κέντρο της Από το υλικό της αντίστασης Από τη γεωμετρία της αντίστασης Από το υλικό του περιβλήματός της (επηρεάζει τη θερμική αγωγιμότητά της)

4 Μεταβολή της τιμής της αντίστασης με τη θερμοκρασία Η ανοχή στην τιμή των αντιστάσεων εξαρτάται ευθέως ανάλογα από το θερμοκρασιακό συντελεστή α. Έτσι αν μια αντίσταση έχει τιμή R0=1ΚΩ στους 25 C και θερμοκρασιακό συντελεστή α=±200ppm/ C, τότε η αντίστασή της είναι RΤ = R0 (1 + α * ΔΤ), που σημαίνει ότι: στους +155 C η τιμή της R=1026Ω ή 974Ω στους -55 C η τιμή της R=1016Ω ή 984Ω

5 Τυποποίηση τιμών αντιστάσεων Οι τιμές των αντιστάσεων είναι τυποποιημένες σε σειρές Ε (Ε3, Ε6, Ε12, Ε24, Ε48, Ε96 και Ε192). Ο αριθμός μιας σειράς Ε δείχνει τον αριθμό των τιμών αντιστάσεων που περιλαμβάνει σε μια δεκάδα, π.χ. σειρά Ε6 (δεκάδα από 100Ω έως 1000Ω) σειρά Ε12 (δεκάδα από 1Ω έως 10Ω) 1 1,1 1,5 1,8 2,2 2,7 3,3 3,9 4,7 5,6 6,8 8,2

6 Ανοχές τιμών αντιστάσεων Σειρά Ε Ανοχή Ε3 ±50% Ε6 ±20% Ε12 ±10% Ε24 ±5% Ε48 ±2% Ε96 ±1% Ε192 ±0,5%

7 Χαρακτηριστικά σταθερών αντιστάσεων Ονομαστική τιμή (τιμές βάσει των σειρών σε Ω) Ονομαστική ισχύς (1/8W, 1/4W, 1/2W, 1W, 2W, 3W, 4W, 5W, 10W, κτλ.) Ανοχή (±1%, ±2%, ±5%, ±10%, ±20%) Θερμοκρασιακός συντελεστής α (σε ppm/ C) Μέγιστη τάση λειτουργίας Ολίσθηση (ΔR/R)% Περιοχή θερμοκρασιών λειτουργίας (από -55 C έως +155 C)

8 Χρωματικός κώδικας (IEC62) σταθερών αντιστάσεων Η τιμή και η ανοχή μιας αντίστασης αναγράφονται στο σώμα της με τον ειδικό κώδικα χρωμάτων. Σε μερικές αντιστάσεις αναγράφεται και ο θερμικός συντελεστής.

9 Χρωματικός κώδικας (IEC62) σταθερών αντιστάσεων

10 Κώδικας BS1852 σταθερών αντιστάσεων Η τιμή και η ανοχή της αντίστασης αναγράφονται με σύμβολα στο περίβλημα της αντίστασης: Αν υπάρχει το γράμμα R και ακολουθεί αριθμός, τότε ο αριθμός δηλώνει εκατοστά του Ω Αν υπάρχει αριθμός πριν το γράμμα R, K, M, G και μετά ακολουθεί (ή όχι) αριθμός, τότε τα γράμματα παίζουν ρόλο υποδιαστολής Ανοχές: A=±0,05%, B=±0,1%, C=±0,25%, D=±0,5%, F=±1%, G=±2%, J=±5%, K=±10%, M=±20%

11 Κατηγορίες αντιστάσεων Οι αντιστάσεις χωρίζονται σε 4 κατηγορίες: Σταθερές Μεταβλητές Ρυθμιζόμενες Ειδικές

12 Αντιστάσεις ισχύος (4~1000W)

13 Συνήθεις αντιστάσεις (1/8~4W) Οι συνήθεις αντιστάσεις κατατάσσονται σε κατηγορίες βάσει των υλικών κατασκευής τους: Μίγματος άνθρακα (carbon composition) Φιλμ άνθρακα (carbon film) Μεταλλικού φιλμ (metal film) Κεραμομεταλλικού φιλμ (cermet film) Σύρματος (wirewound)

14 Χρώμα σώματος αντίστασης Το χρώμα σώματος δηλώνει την κατηγορία υλικού κατασκευής της αντίστασης: Ανοικτό μπλε για υψηλής τιμής/υψηλής τάσης Γκρι για αντιστάσεις ασφαλείας Πράσινο για αντιστάσεις ακριβείας Καφέ ή πράσινο για αντιστάσεις σύρματος Κόκκινο για αντιστάσεις μεταλλικού φιλμ ισχύος Μαύρο για αντιστάσεις σύρματος ακριβείας Καφέ ή ανοικτό πράσινο για στάνταρ αντιστάσεις

15 Αντιστάσεις μίγματος άνθρακα Έχουν μεγάλο θόρυβο Αντέχουν σε υψηλά παλμορεύματα Ακατάλληλες για υψηλές συχνότητες Τείνουν να αντικατασταθούν από τις αντιστάσεις φιλμ άνθρακα

16 Αντιστάσεις φιλμ άνθρακα Γενικών εφαρμογών Δεν αντέχουν σε υψηλά παλμορεύματα Καλή συμπεριφορά στις υψηλές συχνότητες Χαμηλό κόστος

17 Αντιστάσεις μεταλλικού φιλμ Πολύ μικρή ανοχή Υψηλό βαθμό αξιοπιστίας και σταθερότητας Χαμηλό θερμοκρασιακό συντελεστή Μικρή τάση θορύβου Καλή συμπεριφορά στις υψηλές συχνότητες Χρησιμοποιείται σε Η/Υ, τηλεπικοινωνίες, φίλτρα

18 Αντιστάσεις κεραμομεταλλικού φιλμ Το πάχος του φιλμ είναι 100 φορές μεγαλύτερο (αντιστάσεις χοντρού φιλμ) Χρησιμοποιείται σε κυκλώματα με απαιτήσεις υψηλής αντίστασης και σταθερότητας (κυκλώματα χρονισμού, ταλαντωτές κρυστάλλου, κτλ)

19 Αντιστάσεις σύρματος Γενικών εφαρμογών Για πολύ μεγάλη ισχύ Πολύ μικρή τάση θορύβου Πολύ μικρές τιμές (εκατοστά του Ω) Ογκώδεις Υψηλού κόστους Σε κυκλώματα ακριβείας και μεγάλης ισχύος

20 Αντιστάσεις ειδικού τύπου Αντιστάσεις ασφαλείας για προστασία υπερφόρτισης Χρησιμοποιούνται σε τροφοδοτικά συσκευών εικόνας, ήχου, κτλ.

21 Μεταβλητές αντιστάσεις Μπορούμε να αλλάξουμε την τιμή τους ανάλογα με τις απαιτήσεις του κυκλώματος χωρίς να διακοπούν ουτε στιγμή. Ανάλογα με τη χρήση και την κατασκευή τους διακρίνονται σε: Ροοστάτες Ποτενσιόμετρα ελέγχου Προρυθμιζόμενα ποτενσιόμετρα (trimmers)

22 Ροοστάτες Συνήθως είναι αντιστάσεις σύρματος μεγάλης ισχύος με δύο ή τρεις ακροδέκτες. Τοποθετούνται σε σειρά με το φορτίο και είναι ρυθμιστές ρεύματος. Υπάρχουν σε τιμές από 0,5Ω έως 100ΚΩ, με ισχύ από ¼W έως αρκετά KW και με ανοχές ±5%, ±10% και ±20%.

23 Ποτενσιόμετρα Χρησιμοποιούνται ως διαιρέτες τάσης. Συνδέονται παράλληλα στο φορτίο.

24 Κατηγορίες ποτενσιομέτρων

25 Ποτενσιόμετρα ελέγχου

26 Trimmers

27 Τυπωμένες αντιστάσεις Αντιστάσεις πολύ μικρές (της τάξης των mω) μεγάλου ρεύματος σχεδιάζονται απ'ευθείας πάνω στην πλακέτα με λωρίδες χαλκού.

28 Ολοκληρωμένες αντιστάσεις Χρησιμοποιούνται σε κυκλώματα με σχεδίαση υψηλής πυκνότητας.

29 Αντιστάσεις SMD (Surface Mount Devices) Οι αντιστάσεις επιφανειακής στήριξης (smd) χρησιμοποιούνται σε κυκλώματα με σχεδίαση πολύ υψηλής πυκνότητας (π.χ. Motherboard υπολογιστή).

30 Κωδικοποίηση SMD αντιστάσεων Όταν υπάρχουν δύο αριθμοί και ακολουθεί το γράμμα R, τότε η τιμή της αντίστασης είναι σε Ω. π.χ. 12R σημαίνει 12Ω Όταν υπάρχουν τρεις αριθμοί, τότε οι δύο πρώτοι αριθμοί είναι σημαντικοί και ο τρίτος είναι ο πολλαπλασιαστής. π.χ. 471 σημαίνει 470Ω, 823 σημαίνει 82ΚΩ Όταν υπάρχουν τέσσερις αριθμοί, τότε οι τρεις πρώτοι αριθμοί είναι σημαντικοί και ο τέταρτος είναι ο πολλαπλασιαστής. π.χ σημαίνει 4,02ΚΩ, 7503 σημαίνει 750ΚΩ

31 Ρυθμιζόμενες Αντιστάσεις Η τιμή τους μεταβάλλεται σύμφωνα με κάποιο φυσικό μέγεθος, όπως η θερμοκρασία, η τάση, κτλ., αλλά δεν ακολουθούν το Νόμο του Ohm, δηλαδή είναι μη γραμμικές. Διακρίνονται σε: Θερμίστορ (NTC και PTC) Βαρίστορ (VDR) Φωτοαντίσταση (LDR)

32 Θερμίστορ NTC (Negative Temperature Coeffisient) To NTC θερμίστορ είναι ειδική αντίσταση κατασκευασμένη από ημιαγωγούς (μείγματα οξειδίων ή μετάλλων). Έχει αρνητικό συντελεστή θερμοκρασίας, δηλαδή η αντίστασή του μειώνεται όταν αυξάνεται η θερμοκρασία.

33 Διάγραμμα θερμίστορ NTC

34 Εφαρμογές θερμίστορ NTC

35 Περιβλήματα Θερμίστορ NTC

36 Θερμίστορ PTC (Positive Temperature Coeffisient) To PTC θερμίστορ είναι ειδική αντίσταση κατασκευασμένη από οξείδια του στροντίου και του τιτανίου. Έχει θετικό συντελεστή θερμοκρασίας, δηλαδή η αντίστασή του αυξάνεται, όταν αυξάνεται η θερμοκρασία (μέσα σε μια περιοχή θερμοκρασιών).

37 Διάγραμμα και εφαρμογές (PTC)

38 Περιβλήματα θερμίστορ PTC

39 Βαρίστορ VDR (Voltage Dependent Resistor) Η βαρίστορ είναι ειδική αντίσταση της οποίας η αντίσταση μειώνεται όταν αυξάνεται η τάση στα άκρα της. Χρησιμοποιείται σε Η/Υ, τροφοδοτικά, φούρνους μικροκυμάτων, ενισχυτές, τηλεπικοινωνίες, χρονιστές, tuners, παλμογράφους, κτλ. Κατασκευάζεται από ανθρακοπυρίτιο ή οξείδιο του τιτανίου ή οξείδιο του ψευδαργύρου ή ημιαγώγιμο οξειδίων μετάλλων υπό μορφή κόκκων.

40 Χαρακτηριστική καμπύλη I/V της Βαρίστορ Όταν η τάση αυξηθεί από ένα σημείο και πάνω, τότε η βαρίστορ λειτουργεί ως βραχυκύκλωμα (πολύ χαμηλή αντίσταση), με αποτέλεσμα το ρεύμα της να αυξάνει απότομα.

41 Εφαρμογές της Βαρίστορ Χρησιμοποιείται για τη σταθεροποίηση της τάσης ή για προστασία ευαίσθητων στοιχείων και συσκευών από υπέρταση, προκαλώντας στιγμαία πτώση της τάσης (βραχυκύκλωμα) όταν αυξηθεί υπέρμετρα.

42 Χαρακτηριστικά των Βαρίστορ Μέγιστη επιτρεπόμενη τάση συνεχούς λειτουργίας (από 8 έως 1300V) Μέγιστη τιμή ρεύματος (από 1 έως 100mA) Τάση βαρίστορ (είναι η τάση που εφαρμόζεται στα άκρα του για να περάσει ρεύμα 1mΑ) Είναι ρυθμιζόμενες μη γραμμικές αντιστάσεις Η χωρητικότητά τους (σε pf) αυξάνεται με την αύξηση του πάχους τους και ελαττώνεται με την αύξηση της διαμέτρου τους. Δεν έχουν πολικότητα (συμμετρικά στοιχεία)

43 Κωδικοποίηση των Βαρίστορ Αν πάνω στο σώμα της βαρίστορ υπάρχουν χρώματα, τότε η 1η ζώνη δείχνει το μέγιστο ρεύμα συνεχούς λειτουργίας (IDC), ενώ 2η και η 3η ζώνη δείχνουν τη μέγιστη τάση λειτουργίας (VDCmax). Η ασημένια κηλίδα σημαίνει ανοχή ±10%, ενώ αν δεν υπάρχει κηλίδα, τότε η ανοχή είναι ±20%. Οι κωδικοί με γράμματα και αριθμούς, π.χ. S20K680 σημαίνουν S=δισκοειδές, 20=διάμετρος σε mm, Κ=±20% ανοχή, 680=μέγιστη τάση λειτουργίας

44 Τύποι περιβλήματος των Βαρίστορ

45 Φωτοαντιστάσεις LDR (Light Dependent Resistor) Η ωμική τιμή μιας φωτοαντίστασης εξαρτάται από το φως που προσπίπτει στην επιφάνειά της. Σε συνθήκες σκότους η αντίστασή της είναι της τάξης των ΜΩ, ενώ σε συνθήκες μεγάλης έντασης φωτός είναι της τάξης των Ω. Όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά τους, τόσο καλύτερη θεωρείται ποιοτικά.

46 Κυκλώματα με Φωτοαντίσταση LDR

47 Εφαρμογές Φωτοαντίστασης LDR Χρησιμοποιούνται σε διατάξεις ελέγχου και μέτρησης, π.χ. φωτοδιακόπτες, αυτόματους ρυθμιστές φωτισμού, φωτόμετρα, κλπ. Ανάλογα με τον προορισμό χρήσης τους, προσδιορίζονται και οι διαστάσεις τους. Το μειονέκτημα των φωτοαγώγιμων υλικών είναι η σχετική τους χημική αστάθεια σε υψηλές θερμοκρασίες.